【正文】 動能與宏觀位能之和，用 E表示，單位為 J或 kJ。 二、儲存能 外部儲存能 指需要用參照系坐標決定的參數(shù)來表示的能量。 從微觀的角度看， 熱力學能包括：分子熱運動所具有的內(nèi)動能、由于分子間相互作用力而形成的內(nèi)位能、由于分子結(jié)構(gòu)所具有的化學能以及原子核內(nèi)部的核能等。用 U表示，單位是 J或 kJ，單位質(zhì)量工質(zhì)的熱力學能稱為 比熱力學能 ，用 u表示，單位是 J/kg或 kJ/Kg。因為它違反了熱力學第一定律，故針對熱力學第一定律另一形象的說法是： 第一類永動機是不可能制造成功的。 二、表述 可以表敘為： 在熱能與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換時，能的總量保持守恒。能量既不可能創(chuàng)造，也不能消滅，它只能在一定的條件下從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。焦耳（德國醫(yī)生）最后發(fā)現(xiàn) 和確定了能量轉(zhuǎn)換與守恒定律。 第二節(jié) 熱力學第一定律 熱力學第一定律的實質(zhì) 一、實質(zhì) 實質(zhì)： 能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在熱力學中的應用。 熱泵循環(huán)： 向高溫熱源放出熱量，以維持高溫熱源的高溫狀態(tài)。 ： 循環(huán)熱效率＝凈功量 /從熱源吸收的熱量，即 ηt＝ w0 / q1 二、逆循環(huán) 1. 作用效果： 消耗外功，把熱量從低溫物體中取出排向高溫，按作用目的可分為制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)。 從高溫熱源吸熱，將其中一部分熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，剩余的熱量排給低溫熱源。 熱力循環(huán) 熱力循環(huán)： 指工質(zhì)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)變化之后，又回到初始狀態(tài)的封閉熱力過程。 異： 1. 能量的形式不同，效果不同，功屬于機械能的傳遞量，熱屬于熱能的傳遞量。 2. 是過程量，不是狀態(tài)量，大小與過程有關(guān)。熵增大 ,系統(tǒng)吸熱；熵減小 ， 系統(tǒng)放熱。 規(guī)定： 系統(tǒng)吸收熱量，熱量為正 ；系統(tǒng)放出熱量，熱量為負。 二、可逆過程的熱 ： 系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量，用符號 Q表示，單位 J或 kJ。它是伴隨著相互作用而產(chǎn)生的，不是系統(tǒng)所含有的能量，所以我們不能說一個系統(tǒng)具有多少功。 規(guī)定： 系統(tǒng)對外界做功，功量為正；外界對系統(tǒng)做功，功量為負。當系統(tǒng)作功時，其對外界的作用可用在外界舉起重物的單一效果來代替。單位物質(zhì)所做的體積變化功用 w表示，單位 J/kg或 kJ/kg。在實際熱力學計算中，通常是把某一實際過程理想化為可逆過程計算，然后引入必要的經(jīng)驗修正。研究可逆過程的目的，在于抓主要矛盾，反映本質(zhì)。 所謂耗散指固體或液體的磨擦、電阻、非彈性形變、磁滯等現(xiàn)象起的效應，使能量耗散了，變?yōu)闊帷? ： 推動過程的勢差無限小，而且不存在任何耗散現(xiàn)象。 二、可逆過程 ： 系統(tǒng)經(jīng)歷一個過程之后，如果沿原來路徑逆向進行，能使系統(tǒng)與外界同時恢復到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡。 ： 推動過程進行的勢差無限小。 熱力過程、準平衡過程與可逆過程 熱力過程： 熱力系由一狀態(tài)向另一狀態(tài)變化時所經(jīng)歷全部狀態(tài)的總和。 對于一個狀態(tài)可以自由變化的熱力系，如果系統(tǒng)內(nèi)以及系統(tǒng)與外界的一切不平衡勢差均不存在，則熱力系一切可見的宏觀變化將停止，這時熱力系處于平衡狀態(tài)。 ： 沒有外界作用的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間而變化的狀態(tài)。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)溫度必然具有相同的溫度。和熱力學溫標的關(guān)系為： t（ ℃ ） =T（ K）－ 另外常用的溫標還有華氏溫標和朗肯溫標。 （ 2）攝氏溫標： 符號為 t、單位 ℃ 。它可作為標準溫標，一切經(jīng)驗溫標均可以用此溫標來校正。 ： 描述系統(tǒng)冷、熱狀況的狀態(tài)參數(shù)，標志物體內(nèi)部分子無序運動的劇烈程度。根據(jù)分子運動論，氣體的壓力是分子運動撞擊在單位面積上呈現(xiàn)的平均作用力。 ` 顯然，比容和密度之間互為倒數(shù)。 二、基本狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài)參數(shù)中比容、壓力、溫度是可以由儀表直接測量得到的參數(shù)，稱作基本狀態(tài)參數(shù)。 常用的有： 溫度 T、容積 V、壓力 p、焓 H、熵、內(nèi)能 U。例如一定質(zhì)量的氣體組成的系統(tǒng)，為了描述它，不必知道單個氣體分子的信息（如速度或動量等），而只要用如壓力、容積、質(zhì)量、溫度等幾個宏觀變量即狀態(tài)參數(shù)描述。 ： 描述系統(tǒng)所處狀態(tài)的宏觀物理量。工程中常用的工質(zhì)是可壓縮的流體（水蒸汽、燃氣，空氣等）。 按系統(tǒng)內(nèi)部的狀況不同，還可以將熱力系分為：單元系、多元系、單相系（或稱均勻系）、復相系（或稱非均勻系）等。 簡單可壓縮系： 由可壓縮流體構(gòu)成，通過體積變化而實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換。 絕熱系： 與外界無熱量交換。 二、分類 開口系： 與外界有物質(zhì)交換。 邊界可以是實際的容器壁面，也可以是假想的封閉曲面。 邊界： 熱力系和外界的分界面。暖通空調(diào)基礎(chǔ)知識 城建學院 高壽云 ? 第一部分 工程熱力學 ? 第二 部分 傳熱學 第十章 暖通空調(diào)基礎(chǔ)知識 第一部分 工程熱力學 第一節(jié) 基本概念 熱力系 一、定義 熱力系： 人為規(guī)定的熱力學研究對象。 外界： 熱力系以外，與熱力系發(fā)生物質(zhì)、能量交換的的物質(zhì)系統(tǒng)。熱力系通過邊界和外界進行功量、熱量和物質(zhì)的交換?？梢允枪潭ǖ?，也可以是可移動 或脹縮的 。 閉口系： 與外界無物質(zhì)交換。 孤立系： 與外界既無能量交換，有無物質(zhì)交換。 熱源： 是一種特殊的熱力系，具有無限大熱容量，即在從熱源吸收或向熱源放出有限熱量時，熱源本身的溫度不變，如大氣和海洋等。 工質(zhì)的狀態(tài)及其狀態(tài)參數(shù) 一、熱力學狀態(tài) ： 用來實現(xiàn)能量相互轉(zhuǎn)換的媒介物質(zhì)。 ： 熱力系在某一瞬間呈現(xiàn)的宏觀物理狀態(tài)。 描述熱力系平衡狀態(tài)時，可以用少量幾個表征系統(tǒng)性質(zhì)的稱為狀態(tài)參數(shù)的物理量來描述。所以系統(tǒng)的狀態(tài)是用系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)來表示，若這些狀態(tài)參數(shù)有確定的值，那么系統(tǒng)狀態(tài)就確定了。 特點： 數(shù)值大小僅取決于給定的狀態(tài)；參數(shù)變化量僅取決于初、終狀態(tài)。 （ v，單位 m3/kg） ： 單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的體積。 （ p，單位 Pa） ： 單位面積上所承受的垂直作用力。 工程上常用的單位：兆帕（ 1Mpa=106Pa）；巴（ 1bar=105 Pa）； 標準大氣壓（ 1atm=101325Pa）。溫度的高低通常用溫標來表示，常用的溫標有： （ 1）熱力學絕對溫標（熱力學溫度或絕對溫度）： 開爾文在熱力學第二定律的基礎(chǔ)上，從理論上引入的與測溫物質(zhì)性質(zhì)無關(guān)的溫標。它的符號為 T，單位為 K(稱“開爾文” )。 1960年國際計量會議把水的三相點定為 ， ℃ 。 熱平衡定律 （熱力學第零定律） :分別與第三個系統(tǒng)處于熱平 衡（相互之間沒有熱量傳遞）的兩個系統(tǒng)，它們彼此也必定處于熱平衡。 三、平衡狀態(tài) 實驗表明，一個不受外界影響的系統(tǒng)，無論它的初始狀態(tài)如何，經(jīng)過充分長時間后，它必將達到這樣一種狀態(tài)，系統(tǒng)的宏觀 性質(zhì)不隨時間變化，即達到平衡狀態(tài)。 ： 一切不平衡勢差全部消失。 ： 具有確定的狀態(tài)參數(shù)。 一、準平衡過程 ： 在熱力過程中，不平衡勢差無限小，熱力學所經(jīng)歷的一系列狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的熱力過程。 ： 由于熱力系經(jīng)歷的過程中每一狀態(tài)均可稱為平衡態(tài)，因而準平衡過程可在狀態(tài)參數(shù)坐標圖中用連續(xù)曲線表示，稱過程曲 線；準平衡過程是一種理想化的過程，是實際過程進行得足夠緩慢的極限情況，一切實際過程只能接近于準平衡過程，在工程實際設(shè)備中進行的過程常常可作為準平衡過程。 可逆過程與準平衡過程從定義上的一個重要區(qū)別就在于過程逆行 ,“沒有遺留下任何變化”，例如功、熱、狀態(tài)等變化。無耗散效應的準平衡過程就是可逆過程。 可逆過程是熱力學的抽象，實際過程是無法實現(xiàn)的，但人們可以無限的接近它。把可逆過程作為實際過程中能量轉(zhuǎn)化效果的比較標準。 功與熱量 一、可逆過程的功 用符號 W表示，單位 J或 kJ。 功： 在力學中，功被定義為物體所受的力與該力方向上產(chǎn)生的位移的乘積；在熱力學中，功是系統(tǒng)與外界相互作用而傳遞的能量。 體積變化功： 可壓縮系統(tǒng)通過體積的變化（膨脹或壓縮）來和外界交換的功量。 功是傳遞過程中的一種能量形式。 ?? 21 pdVW 單位工質(zhì)： ?? 21 pdvw可逆過程的比容變化功 w的大小可以在 pv圖上用過程曲線下面的面積表示。單位物質(zhì)所做的體積變化功用 q表示，單位 J/kg或 kJ/kg。 ?? 21 TdSQ 單位工質(zhì)： ?? 21 Tdsq熵（ S）： 狀態(tài)參數(shù)，是可逆過程熱量傳遞的標志性參數(shù)。 三、功和熱的異同 同 : 1. 二者都是系統(tǒng)與外界傳遞能量的一種形式，是傳遞中的能量，不是包含在系統(tǒng)內(nèi)部的能量。 3. 是遷移能，一旦越過邊界，便轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)或外界的能量。 2. 引起能量傳遞的原因不同，一種是壓力差，一種是溫差。 按作用效果分： 正向循環(huán)與逆向循環(huán)； 按是否可逆分： 可逆循環(huán)與不可逆循環(huán)； 一、正循環(huán) （熱機循環(huán)或動力循環(huán)） ： 把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，給外界提供動力。實施正循環(huán)的目的就是要實現(xiàn)熱能向機械能的能量轉(zhuǎn)換。 制冷循環(huán)： 從低溫熱源吸收熱量，以維持低溫熱源的低溫狀態(tài)。 2. 經(jīng)濟性指標： 制冷系數(shù)＝從低溫熱源吸收的熱量 /耗功量，即 ε1=q2/w0； 供熱系數(shù)＝向高溫熱源放出的熱量 /耗功量，即 ε2=q1/w0。 19世紀 3040年代，許多科學家前赴后繼，邁爾 這個定律指出：一切物質(zhì)都具有能量。而在轉(zhuǎn)換中，能量的總量恒定不變。 熱力學第一定律的建立是在資本主義發(fā)展初期，那時，有人曾提出各式各樣不消耗能量而獲得動力的裝置，稱為第一類“永動機”，但均失敗了。 三、表達式 熱力學第一定律能量平衡方程式： 進入系統(tǒng)的能量－離開系統(tǒng)的能量 =系統(tǒng)儲存能的變化 儲存能與熱力學能 一、熱力學能 （內(nèi)部儲存能） 熱力學能 是指儲存于熱力系內(nèi)部的能量。內(nèi)能是狀態(tài)參數(shù)。因此很難 確定內(nèi)能的絕對值，但能夠確定內(nèi)能 U的變化值，這也是我們在工程計算中所關(guān)心的。它包括熱力系由于宏觀運動速度所具有的宏觀動能和由于其所處位置的高度而具有的重力位能。即 m gzmcUE ??? 221式中， m為系統(tǒng)的物質(zhì)質(zhì)量， c為系統(tǒng)的運動速度， g為重力加速度， z為系統(tǒng)在外部參照坐標系中的高度。 熱力學第一定律解析式 一、閉口系統(tǒng)的能量方程 閉口系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換，傳遞能量只有熱量和功量兩種形式。 WUQ ???適用于任何工質(zhì)，可逆或不可逆的各種熱力過程。 單位工質(zhì)： wuq ??? 可逆過程： ???? 21 pdvuq二、循環(huán)的熱一定律解析式 對于循環(huán)過程，由于系統(tǒng)的初終狀態(tài)為同一狀態(tài)，不論是否可逆，熱力學能的變化為零， ? ?0dU ? ?? WQ ??表明 :閉口系統(tǒng)經(jīng)歷任何一個循環(huán)后，與外界交換的凈熱量等于與外界交換的凈功量。 推動功： 開口系統(tǒng)與外界之間因為工質(zhì)流動而傳遞的機械功。 如圖中的流體要進入系統(tǒng)，外界要克服系統(tǒng)內(nèi)具有一定壓力的氣體的阻力，向前移動（例如：給車打氣），我們可以想象為后面有一個活塞向前推這一小段流體，活塞作用在這一小段流體上的力為 F。 流動功： 出口處付出的推動功與入口處得到的推動功的差。用 Wf表示。 ，只與出入口狀態(tài)有關(guān)。 PVUH ?? pvuh ?? 焓是狀態(tài)參數(shù)，是在研究流動能量方程中，為工程應用方便而引出的。 穩(wěn)定流動能量方程 一、穩(wěn)定流動 工程上常用的熱工設(shè)備，除啟動